Best Practice: Prognosen für Bauteileigenschaften Additive Fertigungsverfahren für die Produktion in der Automobilindustrie
© DF.FotografieDie Herausforderung: Die Automobilindustrie sieht in additiven Fertigungsverfahren großes Potenzial, insbesondere bei schmelzebasierten Verfahren wie dem Fused Deposition Modeling (FDM). Diese bieten Vorteile in der Fertigungsgeschwindigkeit und Werkstoffvielfalt. Eine wesentliche Hürde liegt jedoch darin, dass die Qualität der Bauteile aktuell nicht mit der von spritzgegossenen Serienprodukten vergleichbar ist. Zudem fehlt es an Modellen, die eine Vorhersage der mechanischen Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile ermöglichen. Ziel des Projekts war es, relevante Prozess- und Werkstoffparameter zu identifizieren und deren Einfluss auf die Bauteileigenschaften zu verstehen, um schmelzebasierte Verfahren besser in bestehende Produktionsprozesse zu integrieren.
Identifikation relevanter Prozessparameter
Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Maschinenparametern und Bauteilqualität.
Bewertung der Prozessparameter hinsichtlich ihrer Signifikanz für die Eigenschaften der gefertigten Bauteile.
Vorgehen:
Im Rahmen detaillierter Prozessanalysen wurden kritische Parameter wie Temperaturprofile, Schichthöhe und Druckverteilung ermittelt. Ihre Effekte auf die Materialstruktur und Bauteilfestigkeit wurden in Tests systematisch untersucht und dokumentiert.
Werkstoffqualifizierung
Vorauswahl geeigneter Kunststoffe, basierend auf spezifischen Anforderungen.
Charakterisierung der Werkstoffeigenschaften wie Fließverhalten, Erstarrungsprozesse und Verarbeitungseignung.
Vorgehen
Anhand von Laboranalysen und Simulationen wurden Kunststoffe evaluiert, die sowohl mechanische Belastungen als auch thermische Einflüsse gut aushalten. Dabei lag ein besonderer Fokus auf der Verarbeitungseignung für FDM-Verfahren.
Integration von Sensorik
Entwicklung von Sensorsystemen zur Inline-Messung von Prozessparametern.
Aktive Regelung der Parameter, um Schwankungen während des Fertigungsprozesses zu minimieren.
Vorgehen:
Spezialisierte Sensoren wurden installiert, um Temperatur- und Druckverläufe während der Fertigung zu messen. Die gewonnenen Daten wurden verwendet, um Prozesse in Echtzeit zu überwachen und anzupassen.
Herstellung von Demonstratorbauteilen
Entwicklung und Optimierung repräsentativer Bauteile.
Herstellung und Charakterisierung von Demonstratoren hinsichtlich mechanischer und morphologischer Eigenschaften.
Vorgehen
Prototypen wurden additiv gefertigt und umfangreich geprüft. Besondere Merkmale wie Bauteilfestigkeit, Oberflächenstruktur und Maßhaltigkeit wurden analysiert. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen direkt in die Optimierung der Prozesse ein.
Entwicklung eines Modellsystems
Erstellung von Modellen, die die Eigenschaften der Bauteile basierend auf den Prozessparametern vorhersagen.
Validierung der Modelle mit den hergestellten Demonstratorbauteilen.
Vorgehen:
Auf Basis der experimentellen Daten wurde ein Modell entwickelt, das die Eigenschaften additiv gefertigter Bauteile mit hoher Präzision prognostizieren kann. Die Validierung erfolgte durch Abgleich mit realen Messergebnissen.
Ergebnisse:
Das Projekt lieferte umfassende Erkenntnisse zu den Wechselwirkungen zwischen Werkstoff-, Prozess- und Maschinenparametern bei FDM-Verfahren. Die entwickelten Modelle ermöglichen erstmals eine zuverlässige Prognose der Bauteileigenschaften. Durch den Einsatz optimierter Prozesse und Werkstoffe konnten Demonstratorbauteile hergestellt werden, deren Qualität sich deutlich an die von Serienprodukten annähert.
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